KR102616047B1 - 피스톤 실린더 유닛 - Google Patents

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안드레아스 알제
루돌프 슐트
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 피스톤 로드(5)를 포함하는 피스톤 실린더 유닛(1)에 관한 것으로, 상기 피스톤 로드 상에는, 외측 옆면(37) 상에 반경 방향 탄성 피스톤 링(33)을 포함하는 하나 이상의 피스톤(9)이 배치되고, 상기 피스톤 링은 피스톤 로드(5)의 행정 위치에 따라서 실린더(11) 내로 밀어 넣어지며, 이때 피스톤(9)은 실린더(3)의 외부에 위치될 때의 행정 위치에서보다 더 작은 지름(D2)을 가지며, 상기 피스톤 링(33)은 피스톤 링(33)의 최대 지름을 결정하는 정지부(47)를 포함한다.

Description

피스톤 실린더 유닛
본 발명은 특허 청구항 제1항의 전제부에 따르는 피스톤 실린더 유닛에 관한 것이다.
예시로서, US 3 175 645에서부터는, 피스톤 로드 상에 고정되어 정의된 행정 위치부터 실린더 내로 밀어 넣어지는 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더 유닛이 공지되어 있다. 이런 변형예에서, 실린더는 외부 실린더 내에 고정되어 있는 캡 형태의 부품에 의해 형성된다. 그 대안으로, 캡 형태의 부품이 외부 실린더의 지름 축소부를 갖는 길이 섹션에 의해 형성되는 점도 공지되어 있다.
피스톤은, 실린더의 구성과 무관하게, 피스톤의 외측 옆면(outer lateral surface)의 내부에 있는 피스톤 링에 의해 실린더 내벽에 대해 밀봉된다. 이 경우, 피스톤 링에 반경 방향 예압이 가해진다.
피스톤이 실린더의 외부에 위치된다면, 피스톤 링은 반경 방향으로 확대된다. 피스톤 링은, 매번 실린더 내로 밀어 넣어질 때마다, 다시 자신의 예압 치수(preload dimension)로 또는 내부 벽부의 지름으로 감소되어야 한다. 이를 위해, 흔히, US 3 175 645호에서도 피스톤 로드 가이드 하부의 캡 형태의 부품 상에서 확인되는 인입 경사부(lead-in slope)가 제공된다.
밀어 넣을 때 반경 방향 압축은 피스톤 링을 매우 빠르게 마모시킨다. DE 34 13 927 A1호로부터는, 피스톤 실린더 유닛용 피스톤 링이 US 3 175 645호의 기본적인 구조 형상으로 공지되어 있으며, 상기 피스톤 링은 바람직하게는 경질인 소재로 형성되며, 반경 방향으로 탄성적으로 확대될 수 있도록 하기 위해 슬롯을 포함한다. 피스톤 링 그루브와 피스톤 링 사이에는 피스톤 링의 반경 방향 확대를 위해 제공하는 예압 링(preload ring)이 삽입된다.
그러나 상기 유형의 피스톤 링의 경우, 감소된 내경 내로 피스톤 링을 밀어 넣을 때 가청 정지 소음이 발생한다는 단점이 있다. 경질 소재에도 불구하고, 마찬가지로 현저한 마모도 존재한다.
본 발명의 과제는, 종래 기술로부터 공지된 문제들을 간단한 수단들로 해결하는 것에 있다.
상기 과제는 피스톤 링이 피스톤 링의 최대 지름을 결정하는 정지부를 포함하는 것을 통해 해결된다.
모든 작동 상황들에서 정의되는 피스톤 링의 최대 외경은 실린더 내로 피스톤 링의 저소음 및 재료 보호성 삽입을 보장한다. 따라서 피스톤 링의 외경을 비교적 매우 정확하게 실린더에 매칭시킬 수 있으며, 그럼으로써 실린더 내로 밀어 넣을 때 반경 방향 지름 감소는 경미할 수 있다.
바람직하게는, 정지부가 외부 칼라부(outer collar)에 의해 형성된다. 따라서 너무 큰 확대부에 대한 충돌 영역에서 예컨대 스냅식 연결부를 이용해서도 피스톤 링을 고정할 수도 있지만, 그러나 상기 구조 형상은 요구되는 지름 정밀도를 허용하지 않으며, 그 내구성도 더 낮다.
또 다른 구현예에서, 피스톤 링은 칼라부의 수용을 위한 외부 환형 그루브(outer annular groove)를 포함한다. 그 결과, 피스톤 링은 큰 원주방향 영역에 걸쳐서 정의된 방식으로 형성되며, 그럼으로써 예컨대 피스톤 링의 진원도(roundness)의 기준 역시도 용이하게 준수될 수 있게 된다.
한 바람직한 종속 청구항에 따라서, 피스톤 링은 외경이 최소일 때 피스톤 링 그루브의 그루브 베이스에 대해 반경 방향 유격을 갖는다. 그 결과, 피스톤 링은 피스톤에 대해 극미하게 반경 방향으로 변위될 수 있다. 이런 특성은 특히 피스톤 실린더 유닛이 피스톤 로드 상에 2개의 피스톤을 포함하고, 그 결과 실린더 내에서 피스톤의 가이드의 반경 방향 과잉결정(radial overdetermination)이 보상될 수 있을 때 주요하다.
본 발명에 따라서, 칼라부는 실린더에 대해 반경 방향 유격을 갖는다. 그 결과, 오직 정지 기능을 위해서만 설계되고 밀봉 기능은 담당하지 않아도 되는 재료 및 기하구조가 사용될 수 있다.
가능하고 비용 효과적인 변형예로서 확인된 칼라부는 오링에 의해 형성되는 칼라부이다. 오링은 비교적 간단하면서도 유용한 부품이다.
그 대안으로, 칼라부는 금속 클램핑 링(metallic clamping ring)에 의해 형성된다. 클램핑 링은 예컨대 DIN 7993에 준하는 공지된 서클립 링(circlip ring)의 구조 형상을 가질 수 있다. 금속 클램핑 링의 장점은, 클램핑 링의 열 팽창 거동이 실린더의 경우에서와 매우 유사하다는 점에 있다.
일 실시예의 경우, 피스톤 링은 축방향으로 이격된 2개의 밀봉 웨브(sealing web)를 포함한다. 이런 구조 형상의 장점은, 피스톤의 장착 위치가 기능에 어떠한 영향도 미치지 않는다는 점에 있는데, 그 이유는 피스톤 링이 대칭 구조를 가질 수 있기 때문이다.
조립 친화성의 관점에서 확인된 점에 따르면, 특히 바람직하게는, 환형 그루브는 밀봉 웨브와 파지 웨브(holding web)를 분리하고, 상기 파지 웨브는 밀봉 웨브보다 더 작은 외경을 갖는다. 밀봉 웨브는 밀봉 기능을 위해 최적화된 횡단면을 요구한다. 그러나 칼라부는 매우 평평한 횡단면을 가질 수 있으며, 그럼으로써 환형 그루브 깊이는, 칼라부를 축방향으로 고정하기 위해, 비교적 작을 수도 있다. 그러므로 칼라부가 조립을 위해 그렇게까지 신장될 필요가 없도록 하기 위해, 파지 웨브를 지름과 관련하여 더 작게 형성하는 점이 합리적이다.
피스톤 링 내부에서 압착 네스트들(pressed nest)이 발생하지 않도록 하기 위해, 피스톤 링 그루브의 외부에 위치하는 피스톤 링의 영역은 하나 이상의 반경 방향 개구부를 통해 피스톤 링의 내부 관통 개구부와 연결된다. 그 결과, 추가로 댐핑 매체(damping medium)에 의해 야기되는 반경 방향 확대력은 대부분 보상된다.
이런 효과는, 피스톤 링의 하나 이상의 축방향 덮개면(axial cover face)이 피스톤 링의 외측 옆면과 내부 관통 개구부를 연결하는 하나 이상의 횡방향 채널을 포함할 때 재차 보조된다. 또한, 그 결과, 피스톤 링 그루브와 피스톤 링 사이의 마찰은 최소화되며, 그럼으로써 피스톤에 대한 피스톤 링의 반경 방향 변위성도 최적화된다.
본 발명은 하기의 도면 기재내용에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 피스톤 실린더 유닛의 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 피스톤의 상세도이다.
도 3은 도 2에 따른 피스톤 링에 대한 대안적 변형예의 도면이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 피스톤 실린더 유닛(1)의 가능한 일 실시형태가 도시되어 있다. 실린더(3) 내에는 피스톤 로드(5)가 축방향으로 변위 가능하게 장착되며, 이 피스톤 로드 상에는 제1 피스톤(7)과 이에 대해 축방향으로 이격된 제2 피스톤(9)이 배치된다. 일반적으로 두 피스톤(7; 9)의 배치는 고정되지만, 본 발명은, 하나의 또는 두 피스톤(7; 9) 모두가 피스톤 로드(5)에 대해 어느 정도까지는 이동 가능하게 장착될 때에도 이용될 수 있다.
실린더(3)는 제1 지름(D1)을 갖는 제1 길이 섹션(11)을 포함한다. 상기 길이 섹션(11)은 본 실시예의 경우 피스톤 로드 가이드(13)에 의해 단부 측에서 폐쇄된다. 대향하는 단부에는 제2 지름(D2)을 갖는 제2 길이 섹션(15)이 이어지며, 제2 지름(D2)은 제1 지름(D1)보다 더 작다.
두 피스톤(7; 9) 역시 서로 상이한 공칭 지름을 갖는다. 제1 피스톤(7)은 실린더(3)의 제1 길이 섹션(11)의 상대적으로 더 큰 지름(D1)에 매칭되며, 피스톤 링(17)을 포함하며, 이 피스톤 링은 제1 피스톤(7)과 제2 길이 섹션(15)의 바닥부(23) 사이에서 저널 측의 제2 작동 챔버(21)로 향하는 피스톤 로드 가이드(13)의 방향으로 제1 작동 챔버(19)를 분리한다. 상기 분리는 기밀 방식으로 밀봉되는 것이 아니라, 교호적으로 관류될 수 있는 2개의 댐핑 밸브(25; 27)를 통해 결정된다. 본 실시예의 경우, 바닥부(23)로서, 실린더(3)와 외부 탱크 튜브(31) 사이의 환형 보상 챔버(29)에 대해 교호적 관류(alternative flow-through)가 이루어지는 바닥 밸브(bottom valve)가 이용된다. 전체 실린더(3)는 댐핑 매체로 완전하게 채워진다.
제2 피스톤(9)은 제2 길이 섹션(15)의 제2 지름(D2)에 매칭되고 그에 따라 제1 피스톤(7)보다 더 작다.
도 1에는, 제1 피스톤(7)이 제1 길이 섹션(11) 내에서 밀착되어 활주하고 제1 피스톤(7) 내의 댐핑 밸브들(25; 27)이 댐핑력을 생성할 때의 정의된 구조 위치(construction position)에 있는 피스톤 실린더 유닛(1)이 도시되어 있다. 이 경우, 제2 피스톤(9)도 마찬가지로 제1 길이 섹션(11)에 위치되지만, 그러나 그 둘레가 댐핑 매체에 의해 순환되는데, 그 이유는 제2 피스톤(9)의 피스톤 링(33)이 제1 길이 섹션(11)의 내부 벽부에 대해 밀착 접촉부를 갖지 않기 때문이다. 그러므로 제2 피스톤(9)은 개방된 환형 간극으로 인해 유의미한 댐핑력을 생성할 수 없다.
제2 피스톤(9)이 피스톤 로드(5)의 상응하는 행정 운동 시 제2 길이 섹션(15) 내로 밀어 넣어진다면, 피스톤 링(33)은 제2 길이 섹션(15)의 내부 벽부 상에 안착되며, 그럼으로써 그 다음 제2 피스톤(9) 역시도 자신의 댐핑 밸브들로 제1 피스톤(7)의 댐핑력에 가산되는 댐핑력을 생성하게 된다.
상기 실시예에서, 제2 길이 섹션(15)은 실린더(3)에 의해 형성된다. 그러나 예컨대 바닥부(23) 상에, 제1 길이 섹션보다 더 작은 내경(D2)을 가지며 제2 피스톤(9)을 향해 개방된 캡이 고정될 수도 있다.
제2 피스톤(9)의 피스톤 링(33)은, 제2 길이 섹션(15) 내로의 삽입 시, 그 지름이 극미하게 탄성적으로 감소되며, 그럼으로써 피스톤 링(33)은 반경 방향 예압을 받는 상태에서 제2 길이 섹션(15)의 내부 벽부 상에 안착된다. 제2 길이 섹션(15) 내로 제2 피스톤(9) 또는 피스톤 링(33)의 부드러운 이동 및 삽입을 위해, 실린더(3)의 제1 길이 섹션(11)과 제2 길이 섹션(15) 사이에 원추형 전이부(35)가 형성된다.
도 2에는, 실린더의 제1 길이 섹션(11)과 제2 길이 섹션(15) 사이의 전이부(35) 상에 제2 피스톤(9)이 도시되어 있다. 제2 피스톤(9)의 외측 옆면(37)에는, 피스톤 링(33)의 수용을 위한 피스톤 링 그루브(39)가 제공된다. 도 2에서 알 수 있는 것처럼, 피스톤 링(33)은 피스톤 링 그루브(39)의 그루브 베이스(43)에 대해 반경 방향 유격(41)을 포함한다. 이 경우, 피스톤 링(33)이 제2 길이 섹션(15) 내로 밀어 넣어질 때에도 반경 방향 유격은 유지된다. 제1 피스톤(7)과 제2 피스톤(9) 사이의 극미한 각도 오프셋은 반경 방향 유격(41)에 의해 보상될 수 있으며, 이를 위해 제2 피스톤(9)의 피스톤 링(33)은 일측에서 상대적으로 더 강하게 반경 방향으로 예압되지 않아도 된다.
피스톤 링(33)은 반경 방향으로 연장되는 슬롯(45)을 포함하며, 그럼으로써 피스톤 링(33)은 반경 방향으로 탄성 변형될 수 있게 된다. 피스톤 링의 이완된 상태에서, 피스톤 링(33)의 지름은 제2 길이 섹션(15)의 내부 벽부의 지름(D2)보다 약간 더 크다. 정지부(47)는 피스톤 링(33)의 반경 방향 확대성을 제한하며, 정지부(47)는 피스톤 링(33)에 대해 분리된 칼라부에 의해 형성된다.
이를 위해, 피스톤 링(33)은, 칼라부(47)를 수용하는 외부 환형 그루브(49)를 포함한다. 그러므로 피스톤 링(33)은 u자형 횡단면도 갖는다. 마찬가지로, 칼라부(47)가, 실린더(3)의 내부 벽부에 대해 원칙상 반경 방향 유격(50)이 존재하도록 깊게 환형 그루브(49) 내에서 안내되는 점도 확인할 수 있다. 칼라부(47)는 밀봉 기능을 담당하지 않는다. 이를 위해, 환형 그루브(49)를 통해 파지 웨브(53)로부터 분리된 밀봉 웨브(51)가 제공된다. 파지 웨브(53)는 밀봉 웨브(51)보다 더 작은 외경을 가지며, 그럼으로써 칼라부(47)는, 특히 상기 칼라부가 금속 클램핑 링에 의해 형성?? 경우에, 간단하게 조립될 수 있는데, 그 이유는, 파지 링 상에서 미끄러질 때, 파지 웨브(53)와 밀봉 웨브(51)가 동일한 외경을 가질 때보다 더 작은 반경 방향 확대가 필요하기 때문이다.
또한, 도면에는, 피스톤 링 그루브(39) 외부에 위치하는 피스톤 링(33)의 영역, 예컨대 외측 옆면(63)이 하나 이상의 반경 방향 개구부(55)를 통해 피스톤 링(33)의 내부 관통 개구부(57)와 연결되어 있는 점도 도시되어 있다. 반경 방향 개구부(55)는 예컨대 환형 그루브(49), 파지 웨브(53), 밀봉 웨브(51)를 통해 형성될 수 있지만, 피스톤 링(33)의 덮개면(59) 내의 횡방향 채널로서도 형성될 수 있다. 그에 따라, 피스톤 링(33)의 관통 개구부(57)와 피스톤 링 그루브(39) 사이의 환형 챔버(61) 내부에 존재하는 댐핑 매체가, 예컨대 제2 길이 섹션(15) 및 이와 연결된 환형 챔버(61)의 축소부 내로 제2 피스톤(9)이 삽입될 때, 환형 챔버(61)로부터 배출될 수 있고 어떠한 경우에도 차단되지 않는 점이 달성된다. 따라서, 기본적으로, 상기 체적 감소가 피스톤 링(33)에 의해서도 보상될 수 있도록 피스톤 링(33)을 탄성적으로 형성할 수도 있지만, 경우에 따라 재료 선택 시의 제한사항도 고려되어야 할 수 있다.
도 3에는, 파지 웨브(53)와 밀봉 웨브(51)가 동일한 외경을 갖는 실시형태가 도시되어 있다. 그러므로 파지 웨브(53)는 밀봉 웨브(51)로서도 설계될 수 있다. 칼라부(47)로서는, 상대적으로 더 큰 지름에 걸쳐 더 용이하게 조립되는 간단한 오링이 적용된다. 본 변형예의 경우, 피스톤 링(33)의 장착 위치는 중요하지 않은데, 그 이유는 피스톤 링(33)이 횡축에 대해 대칭으로 형성되기 때문이다. 도 2에 따른 변형예에서 확인된 점에 따르면, 도시된 장착 위치가 선호된다.
1: 피스톤 실린더 유닛
3: 실린더
5: 피스톤 로드
7: 제1 피스톤
9: 제2 피스톤
11: 제1 길이 섹션
13: 피스톤 로드 가이드
15: 제2 길이 섹션
17: 피스톤 링
19: 제1 작동 챔버
21: 제2 작동 챔버
23: 바닥부
25: 댐핑 밸브
27: 댐핑 밸브
29: 보상 챔버
31: 탱크 튜브
33: 피스톤 링
35: 전이부
37: 외측 옆면
39: 피스톤 링 그루브
41: 반경 방향 유격
43: 그루브 베이스
45: 슬롯
47: 정지부
49: 환형 그루브
51: 밀봉 웨브
53: 파지 웨브
55: 반경 방향 개구부
57: 관통 개구부
59: 덮개면
61: 환형 챔버
63: 외측 옆면

Claims (11)

  1. 피스톤 로드(5)를 포함하는 피스톤 실린더 유닛(1)으로서, 피스톤 로드 상에는, 외측 옆면(37) 상에 반경 방향 탄성 피스톤 링(33)을 포함하는 하나 이상의 피스톤(9)이 배치되고, 상기 피스톤 링은 피스톤 로드(5)의 행정 위치에 따라서 실린더(11) 내로 밀어 넣어지며, 이때 피스톤(9)은 실린더(3)의 외부에 위치될 때의 행정 위치에서보다 더 작은 지름(D2)을 갖는, 피스톤 실린더 유닛에 있어서,
    상기 피스톤 링(33)은 상기 피스톤 링(33)의 최대 지름을 결정하는 정지부(47)를 포함하고, 정지부(47)는 외부 칼라부에 의해 형성되고,
    피스톤 링(33)은 칼라부의 수용을 위한 외부 환형 그루브(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 피스톤 링(33)은 외경이 최소일 때 피스톤 링 그루브(39)의 그루브 베이스(43)에 대해 반경 방향 유격(41)을 갖는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  5. 제1항에 있어서, 칼라부는 실린더(3; 11; 15)에 대해 반경 방향 유격(50)을 갖는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 칼라부는 오링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  7. 제1항에 있어서, 칼라부는 금속 클램핑 링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 피스톤 링(33)은 축방향으로 이격된 2개의 밀봉 웨브(51)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  9. 제1항에 있어서, 환형 그루브(49)는 밀봉 웨브(51)와 파지 웨브(53)를 분리하며, 상기 파지 웨브(53)가 상기 밀봉 웨브(51)보다 더 작은 외경을 갖는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  10. 제1항에 있어서, 피스톤 링 그루브(39)의 외부에 위치하는 피스톤 링(33)의 영역은 하나 이상의 반경 방향 개구부(55)를 통해 피스톤 링(33)의 내부 관통 개구부(57)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
  11. 제10항에 있어서, 피스톤 링의 하나 이상의 축방향 덮개면(59)은 반경 방향 개구부(55)로서 하나 이상의 횡방향 채널을 포함하며, 상기 횡방향 채널은 피스톤 링(33)의 외측 옆면(63)과 내부 관통 개구부(57)를 연결하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 실린더 유닛.
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